第5讲燃烧过程g课件

第四节可燃混合气的形成一、可燃混合气的形成二、影响可燃混合气形成的因素三、燃烧室四、提高混合气形成的管理措施2023/7/26一、可燃混合气的形成1、空间雾化混合空间雾化混合是将燃油喷射到燃烧室空间，在空间中受热、蒸发、扩散，与空气形成可燃混合气。根据柴油机中燃油雾化程度和空气扰动强弱不同，此种方式又有主要依靠燃油雾化和主要依靠空气扰动之分。2023/7/262、油膜蒸发混合油膜蒸发混合是将大部分燃油直接喷射到燃烧室壁面上，利用空气涡流运动将油展成较薄的油膜。再通过燃烧室壁面合适的温度使油膜迅速蒸发，油膜上面又有一定规律和强度的空气涡流运动相配合，保证燃油受热逐层蒸发成油气并与空气混合成可燃混合气，逐步投入燃烧。除将燃油喷射到壁面外，需强烈的空气涡动和控制燃烧室表面温度，仅用于某些小型高速机，未得到广泛应用。一、可燃混合气的形成2023/7/261、燃油的雾化质量直喷式燃烧室普遍采用多孔喷油器和较高的喷油压力2、燃烧室空气涡动情况进气涡流、压缩涡流、燃烧涡流

3、压缩终点的缸内状态4、燃烧室形式二、影响可燃混合气形成的因素2023/7/26气流扰动对混合气形成的作用受扰动气流作用后，油粒所走的轨迹发生了不同变化，中心部分大油粒惯性大，随扰动气流偏转小；小油粒则相反，易被携带，油束中心的燃油就易裸露在空气中，加速与空气的混合。

2023/7/26在扰动气流中的燃油喷射

2023/7/26气流扰动对混合气形成的作用

1、进气涡流在进气过程中，使空气产生绕气缸中心线的旋转运动，称为进气涡流。它在压缩过程中得到加强，可以一直持续到燃烧和膨胀过程。⑴在进气阀上装置导气屏。⑵采用螺旋进气道。⑶二冲程直流扫气式柴油机进气口具有一定的切向倾角。

2023/7/26产生进气涡流的方法

2023/7/26气流扰动对混合气形成的作用2、压缩涡流

在压缩过程中，当活塞接近上止点时，利用燃烧室的特殊形状，使空气产生的扰动，称为压缩涡流。当活塞上行时，空气被挤压而由四周向里流动。当活塞下行时，气体又因膨胀而由里向四周运动。2023/7/26压缩涡流

2023/7/26气流扰动对混合气形成的作用3、燃烧涡流利用部分燃油在辅燃烧室燃烧造成的高压燃烧气流冲向主燃烧室，使主燃烧室的空气形成涡流，称燃烧涡流。2023/7/26三、燃烧室

①有利于混合气的形成；②能量损失少；③使柴油机工作平稳；④有较好的起动性能。要求2023/7/26三、燃烧室燃烧室主要分为开式、半开式、涡流室式和预燃室式四类。开式和半开式又统称为直接喷射式，涡流室式和预燃室式又统称为分隔式。2023/7/261、开式燃烧室

整个燃烧室是一个由气缸盖底面、活塞顶面和气缸壁面围合而成的统一空间。主要依靠空间雾化混合，它对燃油雾化质量要求较高。

优点：形状简单，传热损失和流动损失少，具有良好的经济性和起动性。缺点：工作易粗暴，燃烧室组件的热负荷和机械负荷高，而且排气的有害成分氮氧化合物NOx也增加。为了降低热负荷进一步改善燃烧，一般具有较大的过量空气系数α。

2023/7/261、开式燃烧室

2023/7/262、半开式燃烧室

由较大的通道连通的两部分空间组成。一个是活塞顶上的余隙容积，另一个是活塞头部的凹坑容积。特点：混合气形成速度快，保留了开式燃烧室经济性好、易于起动的优点，但仍未彻底改变柴油机工作粗暴、热负荷和机械负荷较高的缺点，适用于高速。

2023/7/262、半开式燃烧室2023/7/263、涡流室式燃烧室

分主室和辅室两部分。主室即余隙容积（压缩室），辅室是呈球形或圆柱形的涡流室，一般设在气缸盖（或机体）内。两室间以通流面积不大并与涡流室相切的孔道相连通。

2023/7/26涡流室式燃烧室1-主室；2-保温块；3-电热塞；4-涡流室；5-喷油器

2023/7/263、涡流室式燃烧室

因主要靠压缩气流涡动，故对雾化质量要求不高，一般采用孔径较大的单孔和启阀压力较低的喷油器。过量空气系数α也很小，柴油机作功能力较高。混合气形成质量对转速变化不敏感，柴油机工作平稳，噪声小，排烟有害成分少。但热损失和节流损失较大，起动困难。2023/7/264、预燃室式燃烧室

也分主室和辅室。主室仍是压缩室，辅室设在气缸盖内，位置居中，二室以单孔或多孔相连接，但通流面积小，不与预燃室相切。预燃室式同涡流室式均属于分隔式燃烧室，二者在混合形成方式上相同，特点均相仿。其差异在于预燃室式以燃烧涡流为主，涡流室式以压缩涡流为主。2023/7/26预燃室式燃烧室

2023/7/26四、提高混合气形成的管理措施保证良好的换气质量。保证良好的气缸热状态。保证良好的喷油质量。保证良好的燃烧室条件。2023/7/26第六节

燃烧过程一、着火条件二、燃烧过程的四个阶段三、影响燃烧过程的主要因素四、改善燃烧过程的方法2023/7/26一、着火条件2023/7/26二、燃烧过程的四个阶段表征柴油机燃烧过程的重要参数是工质压力和温度，利用测算的

和

曲线，人为地把燃烧过程分为四个阶段，以便于研究燃烧过程的规律。

1．滞燃阶段

2．速燃阶段

3．缓燃阶段

4．后燃阶段2023/7/26燃烧过程示功图2023/7/26

1．滞燃阶段（d-c）

在滞燃期中，燃油进行着一系列发火前的物理和化学准备。此间喷入气缸的燃油量称为滞燃量，一般低速机的Δi＝15％～30％Δgi，而有的高速机可使Δi＝80％～100％Δgi（Δgi为循环喷油量）。滞燃期气缸内的压力和温度取决于压缩终点的状态。

2023/7/26滞燃期内形成的可燃混合气的数量决定了后续速燃期燃烧的急剧程度。当滞燃期τi愈长，Δi愈多，一旦发火燃烧，压力就会突然增高，使柴油机工作粗暴、表现在曲线c-f段上特别陡峭，而且f点也格外地高。严重时会造成敲缸和机件的损坏。τi被视为柴油机运转的重要参数。从避免敲缸和减轻机件负荷的角度出发，τi应愈短愈好，但有一个最小限度。1．滞燃阶段（d-c）2023/7/262．速燃阶段（c-f）

从气缸内燃油发火燃烧到出现最高压力为止，亦称预混合燃烧阶段。由于燃烧急剧进行，活塞的位移极微，燃烧近乎在等容燃烧状态下进行。在速燃期中，不但烧掉了滞燃期形成的可燃混合气，还烧掉了速燃期喷入气缸并已完成了燃烧准备的部分燃油。评价速燃期的重要参数是Δp/Δψ，此值决定了柴油机燃烧过程的柔和性。2023/7/26由于速燃期的可燃混合气主要是滞燃期喷入气缸的燃油所准备的，为了使柴油机工作平稳，应通过滞燃期来影响速燃期，力求缩短滞燃期、减少滞燃量、控制可燃混合气的形成量。滞燃期对燃烧质量起决定作用，因此控制滞燃期是影响燃烧过程的重要手段。

2．速燃阶段（c-f）2023/7/26

3．缓燃阶段（f-z）

从气缸内工质出现最高压力到出现最高温度，亦称扩散燃烧阶段。最高温度一般出现在上止点后20～35℃A。在缓燃期中燃烧速度仍然很快，工质温度可迅速上升至最高温度（约1700～2000℃）。由于燃烧室内已充满燃烧产物和正在燃烧的火焰，燃油油滴喷入气缸立即蒸发燃烧。此时由于活塞已离开上止点下行，气缸容积迅速扩大，故燃烧燃油量虽多而工质压力却缓慢下降，近似于等压燃烧。

2023/7/26缓燃期之所以比速燃期的燃烧速率变缓，是由于此时燃烧室中的废气和燃烧中间产物增多而氧分子变少，燃油分子与氧分子进行反应的机会减少的缘故。在期间燃油分子有可能在氧分子不充分的条件下进行燃烧，容易发生燃油分子的热裂而产生黑烟，影响燃油燃烧的经济性和排气净化问题。速燃期和缓燃期构成了燃油明显燃烧时期，故统称为主燃期。

3．缓燃阶段（f-z）

2023/7/264．后燃阶段（z点以后）

后燃是燃烧过程在膨胀行程中的继续。其原因：一是在缓燃期中难免有一部分燃油因遇不到足够的氧分子而来不及燃烧或燃烧不完全；二是部分燃烧产物在高温下发生逆化学反应，这些燃烧产物只能在活塞下行、气缸内温度下降后才能重新进行燃烧。完全消除后燃现象是不可能的，但应设法使之减轻。2023/7/264．后燃阶段（z点以后）

表征后燃阶段的间接参数是排气温度Tr和最高爆发压力pmax。后燃期的存在使Tr提高，使柴油机机件的热负荷增加，后燃现象愈短愈好。缩短后燃期的措施是加强燃烧室内的空气运动，改善混合气的形成。一般柴油机在低负荷运转时后燃期将缩短，低速机的后燃期短于高速机。喷油器雾化不良、滴漏、气缸漏气、换气不良、喷油太晚等，均使后燃增加。2023/7/26三、燃烧过程的影响因素1．燃油品质2．换气质量3．缸内工质状态4．雾化质量5．喷油定时6．运转工况2023/7/261．燃油品质2023/7/26燃用两种不同燃油时的示功图2023/7/262．换气质量换气质量好，进入气缸的新鲜空气量增多，燃油燃烧时有足够的氧气与之化合，燃烧完全。影响换气质量的因素主要有气阀定时，气口（阀）、气道的清洁程度，增压系统（如增压器、空冷器等）的工作状态等。

2023/7/263．缸内工质状态2023/7/264．雾化质量

雾化质量好将使滞燃期τi缩短，柴油机工作平稳，同时燃油细粒能与空气均匀混合使燃烧完全。船用大、中型柴油机中，燃油的雾化质量主要取决于喷油设备。若喷油设备不正常，则将直接影响柴油机的燃烧质量。2023/7/265．喷油定时喷油提前角过大，将因喷油时刻缸内工质状态不利于着火，使滞燃期增长，最高爆发压力过高，燃烧粗暴；喷油提前角过小，将因着火前缸内温度与压力已下降，而使滞燃期也增长，但活塞已下行使最高爆发压力降低，后燃增加，排气温度上升。柴油机均有一个最佳喷油提前角。

2023/7/26供油提前角对燃烧过程的影响

2023/7/26喷油规律的影响2023/7/266．运转工况柴油机的转速升高，气缸漏气的散热损失减少，压缩终点的空气压力和温度升高。与此同时，喷油压力提高，空气扰动也加强。这些因素使滞燃期τi缩短，有利于燃烧。但转速的升高却使滞燃角增大，从而使速燃期的爆压和压升增大，不利于燃烧。这种不利影响对涡流室式燃烧室要比对开式燃烧室轻些。转速的升高使喷油过程延长，从而使后燃期加长。这种不利影响将因气缸内扰动的加强而得以减轻。2023/7/26柴油机的负荷对滞燃期有直接影响。当负荷增加时，由于循环喷油量的增加，气缸内总发热量增加，燃烧室壁温提高，使滞燃期稍有缩短。与此同时，燃烧持续期成比例地增长，爆压提高，后燃加剧。平均压力增长率的变化则随机型而异：一般低增压四冲程机随负荷增加压升率有所下降，而高增压二冲程机则可能上升。

6．运转工况2023/7/26①确保换气质量良好；②燃油品质；③气缸压缩温度；④确保喷射系统正常工作；⑤日常例行管理：排气温度和烟色、爆压、示功图。

①可采用特殊形状的燃油凸轮，先缓后急；②采用油膜蒸发燃烧方式以保证燃烧柔和；③同一气缸有两个油泵，采用分级喷射；④采用变压缩比活塞以及可变喷油定时等。

运行管理设计注意事项优化结构四、改善燃烧质量的措施

2023/7/26第八节柴油机的废气排放与净化一、柴油机排气污染物及其危害二、柴油机的排放法规三、控制柴油机排气污染物的措施2023/7/26主要排放物及其危害按是否有害汽油机1.64％柴油机0.82％二次污染物2023/7/26主要排放物及其危害按形态2023/7/26主要排放物及其危害1、一氧化碳CO无色、无臭的有毒气体，CO与血液中的血红蛋白的亲和力比氧强210倍，取代氧的位置，阻碍血液供氧。症状：疲劳、头晕、恶心，严重时死亡；慢性中毒导致中枢神经受损、记忆力衰退。2023/7/26主要排放物及其危害2、碳氢化合物HC燃烧后生成的多种碳氢化合物的总称，其中有醛类（甲醛等），芳香烃（苯丙吡）。醛类：对呼吸道、眼、鼻、皮肤有刺激作用，引起结膜炎、鼻炎。苯丙吡：是一种致癌物质，城市癌症高发率的主要原因之一。HC化合物在紫外线的作用下，发生光化学反应，形成光化学烟雾。（二次污染）2023/7/26主要排放物及其危害3、氮氧化物NOX包括NO、NO2、N2O3、N2O、NO3等，大多数为NO